在現(xiàn)代鋁電解工業(yè)中,陽(yáng)極鋼爪是鋁電解槽陽(yáng)極工作組中的必要組成部分。它長(zhǎng)期在高溫酸性腐蝕氣氛中服役,是鋁電解過(guò)程中損耗率較高的零件之一,它的失效和更換為電解鋁企業(yè)帶來(lái)了高昂的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí),電解鋁是眾所周知的耗能大戶,在生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行節(jié)能降耗必不可少。為了改善陽(yáng)極鋼爪內(nèi)彎問(wèn)題及節(jié)能問(wèn)題,文章運(yùn)用ANSYS有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬,首先,建立陽(yáng)極工作組三維幾何模型,測(cè)量其材料參數(shù)并賦予材料屬性;其次,以實(shí)際工況下的溫度及電流等施加邊界條件,劃分有限元網(wǎng)格,并進(jìn)行陽(yáng)極工作組的溫度場(chǎng)、電場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)模擬。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)改變鋼爪的材料、增加陽(yáng)極脛板結(jié)構(gòu)、增加陽(yáng)極節(jié)能夾具等方法改善陽(yáng)極工作組結(jié)構(gòu),得到陽(yáng)極工作組在不同的結(jié)構(gòu)下應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)及電場(chǎng)響應(yīng),并分析優(yōu)化結(jié)構(gòu)對(duì)陽(yáng)極工作組的影響。通過(guò)對(duì)比分析可知,鑄鋼鋼爪的彎曲變形量為6.9mm,低碳鋼結(jié)構(gòu)鋼爪的彎曲變形量為5.5 mm,低碳鋼結(jié)構(gòu)鋼爪的變形量相對(duì)于鑄鋼鋼爪降低了25%。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步的增加陽(yáng)極鋼爪脛板結(jié)構(gòu),陽(yáng)極鋼爪脛板能夠有效改善陽(yáng)極鋼爪的變形情況,抑制陽(yáng)極鋼爪內(nèi)彎,其中深度為110mm的脛板在優(yōu)化陽(yáng)極鋼爪力學(xué)行為上得到的結(jié)果最佳。單邊初次變形... 

【文章來(lái)源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁(yè)數(shù)】：59 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鋁電解生產(chǎn)流程簡(jiǎn)圖

工程碩士學(xué)位論文2圖1.2大型鋁電解槽相關(guān)資料顯示[2]，我國(guó)的鋁土礦對(duì)外依存度高達(dá)55-60%，由于礦石資源的不可再生性，鋁電解的生產(chǎn)過(guò)程也在不斷地進(jìn)行科技創(chuàng)新，以期達(dá)到更佳的資源利用率。如在鋁電解槽的研究上，創(chuàng)新發(fā)展了異型陰極結(jié)構(gòu)電解槽[3]、新型結(jié)構(gòu)導(dǎo)流槽[4]及高效節(jié)能型電解槽[5]；為了減少陽(yáng)極消耗，對(duì)惰性陽(yáng)極進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，如以鐵鎳氧化物為主添加其他金屬材料的金屬陶瓷陽(yáng)極[6]，以SnO2為基體，增加各種金屬氧化物涂層的的惰性陽(yáng)極[7]和動(dòng)態(tài)惰性金屬陽(yáng)極等；在優(yōu)化電解槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，開(kāi)發(fā)大容量的電解槽磁流體優(yōu)化技術(shù)[8-9]，進(jìn)一步改善電解槽的磁場(chǎng)平衡；為不斷提高鋁電解槽的能量轉(zhuǎn)化效率，企業(yè)裝備的大容量預(yù)焙鋁電解槽在提高電解槽的陽(yáng)極電流密度[10]、優(yōu)化鋁電解槽設(shè)計(jì)[11]、加強(qiáng)鋁電解槽保溫、降低電耗等方面進(jìn)行了許多改善。中國(guó)的電解鋁行業(yè)正朝著高電流、大容量、自動(dòng)控制、節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。1.2陽(yáng)極鋼爪發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1陽(yáng)極鋼爪在鋁電解中作用在現(xiàn)代鋁電解工業(yè)中，工業(yè)鋁電解槽結(jié)構(gòu)[12]主要分為以下幾部分：陰極結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)、母線結(jié)構(gòu)和電器絕緣結(jié)構(gòu)。由于各類槽的工藝制度不同，各部分結(jié)構(gòu)也有較大差異，其中，在鋁電解槽體之上的金屬部分統(tǒng)稱為上部結(jié)構(gòu)，它由承重桁架、陽(yáng)極提升裝置、打殼下料裝置、陽(yáng)極母線、陽(yáng)極組、集氣和排煙裝置組成。陽(yáng)極母線承擔(dān)著陽(yáng)極重量，同時(shí)也承擔(dān)著導(dǎo)電的作用，陽(yáng)極組則通過(guò)小盒卡具和大母線上的掛鉤卡緊在大母線上。陽(yáng)極工作組由炭塊、陽(yáng)極鋼爪和鋁導(dǎo)桿組成，其結(jié)構(gòu)如圖1.3所示。其中陽(yáng)極鋼爪是陽(yáng)極工作組的核心部件，在鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中，鋼爪不僅要連接鋁導(dǎo)桿和炭塊，同時(shí)還要通過(guò)強(qiáng)大的電流，完成鋁電解過(guò)程的通路。它的工作環(huán)境溫度為400-600℃。鋁電?

鋁電解槽陽(yáng)極鋼爪高溫力學(xué)行為研究及結(jié)構(gòu)優(yōu)化3的零件之一，它的損耗和更換為電解鋁企業(yè)帶來(lái)了不少的經(jīng)濟(jì)損失。圖1.3預(yù)焙鋁電解槽剖面示意圖1.2.2陽(yáng)極鋼爪生產(chǎn)現(xiàn)狀電解鋁用的陽(yáng)極鋼爪型號(hào)不一，種類各異。按結(jié)構(gòu)可以分為平行三爪，四爪，立體四爪，六爪，八爪等，如圖1.4所示。按照材質(zhì)可大致分為低碳鋼結(jié)構(gòu)鋼爪和鑄鋼鋼爪，在陽(yáng)極鋼爪研究領(lǐng)域中，也應(yīng)用了一些新材料、新方法生產(chǎn)陽(yáng)極鋼爪，如鋁鋼復(fù)合鋼爪、新材料鋼爪等，但尚在研究階段，在鋁電解行業(yè)中并未廣泛使用。圖1.4幾種常見(jiàn)的陽(yáng)極鋼爪（1）鑄鋼鋼爪自我國(guó)鋁電解工業(yè)發(fā)展以來(lái)，傳統(tǒng)的陽(yáng)極鋼爪普遍采用鑄鋼制造，其主要材質(zhì)為ZG230-450，在實(shí)際生產(chǎn)中采用砂型鑄造進(jìn)行生產(chǎn)。砂型鑄造[14-15]的工序簡(jiǎn)單，造型材料成本低廉，周期短，但是在表面光潔度、精度、材料的機(jī)械性能等方面較差，在制芯、下芯、合箱、取模等工序中容易造成如氣孔之類的鑄造缺陷。同時(shí)因?yàn)槠淠＞咧荒芤淮涡允褂�，所以在大批量制造的過(guò)程工期長(zhǎng)。由于鋼爪的造型特點(diǎn)，在采用砂型鑄造時(shí)，常使用兩次造型法、直立式順序冷卻澆鑄工藝。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：3565079